Ядерная физика

Ландау Лев Давидович (1908–1968), физик-теоретик, академик АН СССР Мандельштам Леонид Исаакович (1879-1944), физик, один из основателей российской научной школы по радиофизике Ненадкевич Константин Автономович (1880-1963), геохимик, минералог Основными источниками пробных частиц в субатомных экспериментах являются ускорители. Необходимость использования ускорителей для исследования структуры микромира очевидна. Во-первых, атомные ядра и элементарные частицы занимают очень малые области пространства, и проникновение в эти области требует высокой разрешающей способности зондирующего пучка, обеспечивающей взаимодействие отдельной пробной частицы с отдельным микрообъектом.

Учебные материалы по ядерной физике, курс физика атомного ядра и частиц

Электромагнитное взаимодействие

    Квантовая электродинамика описывает взаимодействие электронов, мюонов, тау-лептонов и фотонов - частиц нечувствительных к сильному взаимодействию.

Рис.1
Рис.1. Узел электромагнитного взаимодействия

    На рис. 1 изображен узел, описывающий электромагнитное взаимодействие. Константой связи является gэл.

gэл = (e2/splank.gif (65 bytes)c)1/2 = (1/137)1/2 neaeq.gif (64 bytes)0.1,

где e - заряд электрона, splank.gif (65 bytes) - приведенная постоянная Планка, c - скорость света. Этот узел универсален, т.е. не зависит от того, как ориентированы его линии относительно оси времени.
    На рис. 2 показаны реальные процессы квантовой электродинамики. Приводятся основные диаграммы Фейнмана низшего порядка

1. Рассеяние электрона на электроне


Рис. 2.

2. Образование электрон-позитронной пары в кулоновском поле ядра

Рис. 3.

3. Процесс двух и трехфотонной аннигиляции электрона и позитрона

Рис.2Рис.3
Рис. 4. Основные диаграммы Фейнмана низшего порядка двух и трехпротонной аннигиляции

    Число узлов на диаграмме Фейнмана называется порядком диаграммы. Сечение процесса, содержащего диаграмму порядка N пропорционально g2N. Таким образом, сечение трехфотонной аннигиляции будет подавлено по сравнению с двухфотонной в 100 раз.

    На рис.5-6 показаны диаграммы двухфотонной аннигиляции более высокого порядка, чем второй.

Рис.4
Рис. 5. Диаграмма четвертого порядка
Рис.5
Рис. 6. Диаграмма шестого порядка

Эти процессы будут подавлены еще более сильно по сравнению с двух  и трехфотонной аннигиляцией, приведенной на рис. 4, что определяется числом вершин на соответствующих диаграммах Фейнмана.

4. Рождение мю+мю- и tau1.gif (59 bytes)+tau1.gif (59 bytes)- в процессе e+e--аннигиляции

Рис. 7.

Такие процессы наблюдаются в экспериментах на встречных пучках на электрон-позитронных коллайдерах. Пороги реакций

e+e------>мю+мю- и  e+e------>tau1.gif (59 bytes)+tau1.gif (59 bytes)-

должны превышать энергии покоя соответственно мюона (106 МэВ) и тау-лептона (1784 МэВ), т.е. энергия каждого из встречных пучков должна быть

[m(мю) - m(e)]c2 и [m(tau1.gif (59 bytes)) - m(e)]c2.

6 декабря 1939 – письменный доклад Гейзенберга отделу вооружения армии «О возможности технического получения энергии при расщеплении урана». Огромное энергетическое преимущество ускорителей на встречных пучках сделало их совершенно необходимым атрибутом ведущих современных центров исследования физики элементарных частиц. Есть две основные схемы реализации коллайдеров
Альфа-распад